岩溶空腔对大断面公路隧道稳定性的影响研究

摘要

我国西部山区山高谷深，沟壑纵横的岩溶溶蚀地貌给城市快速路网的建设带来了施工难题，尤其大、特大断面隧道穿越岩溶地层往往为该线路的控制性工程，隧道在岩溶地层的施工难题成为整条线路的控制性难题。岩溶地层因岩溶发育而形成的岩溶空腔，造成岩溶地层围岩的应力场分布与普通地层有很大区别，在岩溶空腔附近有较强的应力集中区，当隧道开挖后，这种应力分布的不均匀性还会加剧。岩溶地层的复杂性（尤其隧道临近岩溶空腔时），加之受季节性、周期性、阵发性降水影响，隧道运营期衬砌受力极为复杂。因此研究岩溶空腔对隧道施工及运营期稳定性的影响极为必要。
　　本文依托重庆市快速路网中“三横线”的重要组成部分—双碑隧道，采用数值分析的方法研究岩溶空腔对隧道施工期及运营期稳定性的影响，主要对隧道施工期隧道开挖稳定性及运营期二次衬砌受力特性、安全性进行了研究，主要研究内容和结论如下:
　　1)采用二维平面应变模型，当隧道背后存在隐伏岩溶空腔时，考虑空腔大小、位置、与隧道间距三种因素不同的所有工况，模拟隧道开挖并监测洞周位移、初期支护内力，研究了岩溶空腔对于隧道洞周围岩及支护结构的稳定性的影响规律。
　　2)采用三维有限元模型，模拟岩溶空腔的三维空间结构与隧道沿纵向掘进完整的开挖工序、施工循环，选取岩溶空腔沿纵向空间尺寸变化的三个典型断面，监测并分析隧道洞周位移及围岩位移场、初期支护内力、塑性区，研究岩溶空腔对隧道纵向开挖稳定性的影响规律。
　　3)采用渗流结构模型，监测二衬外水压力、二衬结构内力，研究临近隧道岩溶空腔的存在对隧道渗流场的影响;在设计排水系统下，得出二衬结构内力分布特征并评价其安全性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究现状

1．2．1 岩溶隧道开挖稳定性研究现状

1．2．2 大、特大断面隧道施工力学行为及扩挖工法研究现状

1．2．3 岩溶空腔对隧道渗流规律研究现状

1．2．4 研究现状评价

1．3 本文的主要研究内容及方法

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究主要内容

1．3．3 研究方法和技术路线

第2章 依托工程概况

2．1 工程简介

2．2 岩溶空腔分布特征

2．3 双碑隧道断面结构特征

2．4 双碑隧道施工工法

2．5 双碑隧道水环境特点

2．6 小结

第3章 空腔对隧道断面开挖稳定性影响

3．1 模型参数的选取

3．1．1 基本假定

3．1．2 围岩参数

3．1．3 初期支护参数

3．2 数值分析过程

3．2．1 模型建立及边界条件

3．2．2 开挖工法

3．2．3 岩溶空腔模拟

3．2．4 量测项目

3．3 空腔大小的影响

3．3．1 计算工况选取

3．3．2 三车道结果分析

3．3．3 紧急停车带结果分析

3．4 空腔位置的影响

3．4．1 计算工况选取

3．4．2 三车道结果分析

3．4．3 紧急停车带分析

3．5 空腔间距的影响

3．5．1 计算工况的选取

3．5．2 三车道结果分析

3．5．3 紧急停车带

3．6 小结

第4章 空腔对隧道纵向开挖稳定性影响

4．1 模型参数

4．2 全过程数值分析

4．2．1 模型概况

4．2．2 开挖工序

4．2．3 岩溶空腔模拟

4．2．4 量测系统

4．3 试验工况确定

4．4 三车道断面计算结果分析

4．4．1 洞周位移及围岩竖向位移场分析

4．4．2 初期支护内力

4．4．3 围岩塑性区

4．5 紧急停车带结果分析

4．5．1 洞周位移与洞周位移场

4．5．2 初期支护内力

4．5．3 围岩塑性区

4．6 小结

第5章 空腔对隧道二衬结构受力及安全性影响

5．1 模型参数

5．2 数值分析

5．2．1 模型的建立

5．2．2 岩溶空腔模拟

5．2．3 边界条件

5．2．4 数据的监测和处理

5．3 空腔大小的影响

5．3．1 计算工况选取

5．3．2 三车道结果分析

5．3．3 紧急停车带结果分析

5．4 临近隧道空腔位置的影响

5．4．1 计算工况的选取

5．4．2 三车道结果分析

5．4．3 紧急停车带结果分析

5．5 小结

结论与展望

(一)结论

(二)展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文、专利及参与科研项目